【正文】 精餾塔有單級精餾塔和雙級精餾塔，因?yàn)閱渭壘s塔只能制取一種純產(chǎn)品，而且空氣分離得很不完善、經(jīng)濟(jì)性能差，不能滿足制取雙高產(chǎn)品的要求，所以在此不作介紹。分離出來高純度的氧和氮。在這 個過程中，由于上升的蒸汽溫度高于下流液體的溫度，接觸后液體與蒸汽之間就將發(fā)生熱交換，并且 圖 11 溫度 —濃度圖 部分冷凝的蒸汽釋放的冷凝熱將蒸發(fā)一部分液體 (由于氧、氮的氣化潛熱相近。圖中每一個壓力，對應(yīng)一條平衡曲線。因?yàn)槔硐霘怏w遵循道爾頓分壓定律，因此飽和蒸汽壓 P 可表示為： P = PO2 + PN2 (PO2：氧組分的分壓力， PN2:氮組分的分壓 ) 且 Po2=P*YO2 ,PN2 =P*YN2 Yo2 氧在氣相中的摩爾濃度， YN2 氮在氣相中的摩爾濃度 又因?yàn)槔硐肴芤鹤裱瓰鯛柖桑粴庖浩胶鈺r，某組分的蒸汽分壓等于該組分在相同溫度下的飽和蒸汽壓與該組分在溶液中的摩爾濃度乘積 即： PO2 = PO2O XO2 PN2 = PN20 XN2 PO2O 相同溫度下氧飽和蒸汽壓， PN20 相同溫度下氮飽和蒸汽壓 XO2 液相中氧組分的摩爾濃度； XN2 液相中氮組分的摩爾濃度 且： XO2 + XN2 = 1 結(jié)論：氧氮二元溶液，當(dāng)氣液處于平衡狀態(tài)時，氣相中的氧濃度總是小于液相中的氧濃度，氣相中的氮濃度總是大于液相中的氮濃度。在同一溫度下蒸汽壓的大小，表明液體的氣化難易程度，容易氣化的，揮發(fā)性大，飽和蒸汽壓大。 (1).氧 氮二元體系氣液平衡 某物質(zhì)在一定溫度、壓力下，如果單位時間內(nèi)離開液體的分子數(shù)目和回到液體內(nèi)的分子數(shù)目相等，這是整個氣液系統(tǒng)便處于平衡狀態(tài)。 (注：對于內(nèi)壓流程而言，冷損中還包括高壓氧氣帶走的 冷，該項(xiàng)冷量相當(dāng)于等溫壓縮制冷的逆過程。 ：當(dāng)裝置有泄漏時，損失了一部分低溫液體或氣體，這種損失屬于其它冷損。 根據(jù)以上特點(diǎn)，在全低壓空分裝置中．一般都同時采用節(jié)流制冷與膨脹制冷，互補(bǔ)所缺。所以說它是先進(jìn)的。增壓器獲得膨脹功后，將送入膨脹機(jī)的工質(zhì)進(jìn)一步升壓。 (5).膨脹機(jī)的制冷量 膨脹機(jī)的作用相當(dāng)于 — 個對外作功的節(jié)流閥。 經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后的降溫效果要比節(jié)流好的多，這是由于當(dāng)氣體經(jīng)膨脹機(jī)膨脹時，除了產(chǎn)生節(jié)流降溫效果．氣體還同時在膨脹機(jī)中對外作功，消耗氣體自身的能量，使分子的動能進(jìn)一步減少，因此降溫更顯著。 如圖 6 中 1→ 2 所示：實(shí)際上，由于氣體與氣體之間，氣體與機(jī)器壁面之間不可避免地要產(chǎn)生摩擦，摩擦熱又傳給氣體，使膨脹后氣體的溫度及焓值增加，熵也增加。真正的制冷量是在等溫壓縮過程中產(chǎn)生的，即冷卻水從壓縮機(jī)帶走的能量大于驅(qū)動機(jī)傳給壓縮機(jī)的能量，致使壓縮機(jī)出口工質(zhì)的焓值 H1小于入口工質(zhì)的焓值 H0 。氧、氮?dú)夤?jié)流溫降的計算經(jīng)驗(yàn)公式也與此類似。氧、氮、氫、二氧化碳等工質(zhì) 均存在相似的轉(zhuǎn)化曲線。而實(shí)際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，因此實(shí)際氣體 圖 3 節(jié)流示意圖 節(jié)流后的溫度存在變化，歸納為三種情況：下降、不變、上升。 流體在管道內(nèi)流動和流經(jīng)各種設(shè)備時也存在著流動阻力，壓力也有所下降，所以如果泛指節(jié)流過程，也包括流體流經(jīng)管道與設(shè)備時的壓降過程。 流體的內(nèi)能由內(nèi)動能與內(nèi)位能組成。 臨界點(diǎn)的存在說明：只有氣體的溫度低于其臨界溫度時，該氣體才可能變成液體。圖中向上凸起的曲線叫“飽和曲線”，飽和曲線有兩部分組成，左半邊稱為飽和液體線，右半部分稱為飽和蒸汽曲線 ,兩條曲線的匯合點(diǎn)稱 為臨界點(diǎn) .在臨界點(diǎn)所對應(yīng)的溫度稱為臨界溫度 ,對應(yīng)的壓力稱為臨界壓力。現(xiàn)以此來做理論介紹： 空氣是在 170℃以下的精餾塔中進(jìn)行分離的 ,所以說通過制冷 ,獲得所需的低溫并維持這個環(huán)境 ,是空氣分離的基本前提條件。這種方法較前兩種方法可實(shí)現(xiàn)空氣組分的全分離、產(chǎn)品精純化、裝置大型化、狀態(tài)雙元化（液態(tài)及氣態(tài)），故在生產(chǎn)裝置工業(yè)化方面 占據(jù)主導(dǎo)地位。 吸附法是一種利用分子篩對不同分子的選擇吸附性能來達(dá)到最終分離目的的技術(shù)，該技術(shù)流程簡單，操作方便，運(yùn)行成本低，但獲得 高純度產(chǎn)品較為困難，而且裝置容量有限，所以該技術(shù)有其局限的應(yīng)用范圍。這些氣體在空氣中是均勻地相互混合在一起的，要將他們分離開來是比較困難的，為此近百年來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對空氣的分離形成了三種技術(shù)方法：吸附法、膜分離法及低溫法。 低溫法是利用空氣中各組分沸點(diǎn)的不同，通過一系列的工藝過程，將空氣液化，并通過精餾來達(dá)到不同組分分離的方法。 第二節(jié) 空氣的性質(zhì)及分離原理 一．空氣的一般性質(zhì) 空氣是一種混合物 ,除含有其固定的氧、氮、氦、氖、氬、氪、氙、氡組份外，還含有水蒸氣、二氧化碳、乙炔以及少量機(jī)械雜質(zhì)，其組成如表 1 所示，各組分氣體的物化參數(shù)如表 2 所示 : 表 1 空氣的組成 成分 體積 % 重量 % 成分 體積 % 重量 % 氧 氪 104 3 104 氮 氙 104 104 氬 氡 6 1010 二氧化碳 氫 104 104 氖 (1518) 104 12 104 臭氧 () 104 104 氦 () 104 104 表 2 幾種氣體的基本物化常數(shù) 名稱 分子式 分子量 氣體重度 正常沸點(diǎn) (760mmHg) 臨界點(diǎn) 760mmHg 溫度 液體重度 溫度 壓力 kg/m3 K/℃ kg/m3(℃ ) K/℃ 大氣壓 空氣 (194) 氧 O2 32 () 氮 N2 (196) 氬 Ar (183) 二氧化碳 CO2 (50) 乙炔 C2H2 升華 (80) 氙 Xe 氪 Kr 二 . 空氣分 離的基本原理 空氣壓縮、空氣凈化、換熱、制冷與精餾是空分的五個主要環(huán)節(jié)。 (1).溫熵圖（ TS 圖） 溫熵圖是以溫度為橫坐標(biāo)，熵為縱坐標(biāo)的熱力學(xué)函數(shù)圖。 III 區(qū)：臨界溫度 以上，飽和蒸汽曲線右測區(qū)域?yàn)檫^熱蒸汽區(qū)。 焓（單位質(zhì)量的焓）＝比內(nèi)能＋ PV，其中 PV 為流體受到的推動力， P 為流體的壓力， V 為流體的比容。 流體的熵的變化等于外界傳 遞進(jìn)來的熱量與傳熱時流體的絕對溫度之比： △ S=△ Q/T 如果傳遞熱量過程中溫度不是常數(shù)，則當(dāng)流體由狀態(tài) 1→狀態(tài) 2的熵變應(yīng)為： △ S=∫ 12dQ/ T 熵的絕對值和焓及內(nèi)能一樣 ,在工程計算中無關(guān)緊要 ,我們所關(guān)心的只是它們的相對變化量 . (2).節(jié)流過程 當(dāng)一定壓力的流體在管內(nèi)流經(jīng)一個縮孔或閥門時 ,由于流通截面突然縮小 ,流體中會發(fā)生激烈擾動 ,產(chǎn)生旋渦、碰撞、摩擦，流體在克服這些阻力的過程中，壓力下降，使閥門后的壓力 P2低于閥門前的壓力 P1(見圖 3)，我們把這種因流體流動遇到局部阻力而造成的降壓過程稱之為節(jié)流。 節(jié)流過程是一個等焓過程，理想氣體的焓只是溫度的函數(shù)，所 以理想氣體節(jié)流后溫度并不發(fā)生變化。轉(zhuǎn)化曲線將坐標(biāo)分割成兩部分 ,內(nèi)側(cè)為制冷區(qū)，即工質(zhì)節(jié)流前處于該區(qū)域的某個狀態(tài)，經(jīng)節(jié)流后溫度將下降；外側(cè)為制熱區(qū)，即工質(zhì)在